05-5 Un brin de conduite au long du chemin : l’exemple du ressort de tampon
Dans ce chapitre : Chemin direct, Tampon de wagon, Tige de tampon.
Quel est le chemin le plus court et direct ?
Mettons en pratique notre choix d’un ressort de flexion.
On veut appliquer le schéma du mécanicien : une force sur le plateau s’oppose à une contrainte externe.
Fort opportunément, le plateau est assemblé sur une pièce métallique décolletée qui comporte un perçage transversal en arrière du fût, soit donc derrière la traverse de tamponnement.
Le plateau doit rester orienté en général, mais aussi ici puisque les huit nervures se voient bien et pour ce qui est de la forme du chemin on peut proposer, très banalement, la ligne droite !
Le perçage de la tige peut être vertical, ici on essaie à l’horizontale.
La course du piston est de l’ordre de 1.5 mm, rappelons que la constante de raideur est de 10g / mm en exécution satisfaisante ou 25 g / mm en exécution fidèle.
Répartissons cette course en autant d’un côté que de l’autre du point d’encastrement du ressort pour limiter l’approximation due à l’angle.
Le point d’encastrement du ressort dans le chassis est donc 0.75 mm en arrière du centre du perçage de la tige.
Reste à savoir où encastrer le ressort dans le chassis et où passe notre ligne droite !
Mettons en pratique notre choix d’un ressort de flexion.
On veut appliquer le schéma du mécanicien : une force sur le plateau s’oppose à une contrainte externe.
Fort opportunément, le plateau est assemblé sur une pièce métallique décolletée qui comporte un perçage transversal en arrière du fût, soit donc derrière la traverse de tamponnement.
Le plateau doit rester orienté en général, mais aussi ici puisque les huit nervures se voient bien et pour ce qui est de la forme du chemin on peut proposer, très banalement, la ligne droite !
Le perçage de la tige peut être vertical, ici on essaie à l’horizontale.
La course du piston est de l’ordre de 1.5 mm, rappelons que la constante de raideur est de 10g / mm en exécution satisfaisante ou 25 g / mm en exécution fidèle.
Répartissons cette course en autant d’un côté que de l’autre du point d’encastrement du ressort pour limiter l’approximation due à l’angle.
Le point d’encastrement du ressort dans le chassis est donc 0.75 mm en arrière du centre du perçage de la tige.
Reste à savoir où encastrer le ressort dans le chassis et où passe notre ligne droite !
Former le ressort et le mettre en place
Nous évoquons l’exemple d’un tampon de wagon OCEM, mais pour l’instant, celui sur lequel nous travaillons est celui d’une locomotive.
Cependant, l’application est assez similaire pour notre propos.
Ressort encastré dans le longeron, on l’enfile dans la tige du tampon.
L’axe du tampon est à 2.6 mm du longeron, l’espace libre en hauteur est de 4.6 mm et le tampon est à 1.8 mm du bas de cet espace.
On doit donc parcourir 2.6 mm en ligne droite du tampon au chassis.
D’autre part, nous avons calculé une longueur de 17 mm pour du fil de cuivre au béryllium de diamètre 0.4 ou 0.5 mm.
Nous devons nous « ennuyer » en chemin pendant 14.5 mm !
Le moyen le plus simple est de tourner en rond au milieu.
On peut déformer de manière permanente un ressort en fil de Cu-Be en l’enroulant sur un mandrin et en dépassant sa limite élastique.
Compte tenu de la hauteur d’enroulement, on place l’axe pour qu’il ne dérange pas et on décale le point d’encastrement.
Si on enrouler le fil bien serré sur un mandrin de diamètre 1 mm, on obtient un ressort de torsion.
Sur trois tours, la longueur enroulée sera d’environ 1.4 x π x 3 soit 13.2 mm plus les 2.6 mm, on est proche des 17 mm voulus !
Nous évoquons l’exemple d’un tampon de wagon OCEM, mais pour l’instant, celui sur lequel nous travaillons est celui d’une locomotive.
Cependant, l’application est assez similaire pour notre propos.
Ressort encastré dans le longeron, on l’enfile dans la tige du tampon.
L’axe du tampon est à 2.6 mm du longeron, l’espace libre en hauteur est de 4.6 mm et le tampon est à 1.8 mm du bas de cet espace.
On doit donc parcourir 2.6 mm en ligne droite du tampon au chassis.
D’autre part, nous avons calculé une longueur de 17 mm pour du fil de cuivre au béryllium de diamètre 0.4 ou 0.5 mm.
Nous devons nous « ennuyer » en chemin pendant 14.5 mm !
Le moyen le plus simple est de tourner en rond au milieu.
On peut déformer de manière permanente un ressort en fil de Cu-Be en l’enroulant sur un mandrin et en dépassant sa limite élastique.
Compte tenu de la hauteur d’enroulement, on place l’axe pour qu’il ne dérange pas et on décale le point d’encastrement.
Si on enrouler le fil bien serré sur un mandrin de diamètre 1 mm, on obtient un ressort de torsion.
Sur trois tours, la longueur enroulée sera d’environ 1.4 x π x 3 soit 13.2 mm plus les 2.6 mm, on est proche des 17 mm voulus !
Extraire l’encastrement dans le longeron
Pour encastrer le ressort dans le longeron et que celui-ci résiste bien, il faut prévoir un chanfrein d’entrée et un collage à la cyanoacrylate durcie aux UV : selon notre méthode, la pénétration de la colle autour du fil est facilitée par des cannelures.
La colle durcie accroche bien au fil, rigidifie la résine autour du fil et permet de répartir l’effort sur une section importante du longeron, assurant ainsi sa longévité.
Cet encastrement est très technique, pour pouvoir le réutiliser partout nous en faisons un composant séparé que l’on voit ici à droite, à intégrer dans chaque longeron que nous dessinerons désormais.
Pour encastrer le ressort dans le longeron et que celui-ci résiste bien, il faut prévoir un chanfrein d’entrée et un collage à la cyanoacrylate durcie aux UV : selon notre méthode, la pénétration de la colle autour du fil est facilitée par des cannelures.
La colle durcie accroche bien au fil, rigidifie la résine autour du fil et permet de répartir l’effort sur une section importante du longeron, assurant ainsi sa longévité.
Cet encastrement est très technique, pour pouvoir le réutiliser partout nous en faisons un composant séparé que l’on voit ici à droite, à intégrer dans chaque longeron que nous dessinerons désormais.
Extraire la fonction du tampon
Poursuivons cette idée d’extraire pour généraliser les composants.
La tige de tampon semble être un principe applicable partout, à condition de la reculer si le diamètre de la tige réel est petit ou si la forme du tampon le demande.
Le ressort de droite, et son symétrique de gauche, semblent aussi être applicables dans tous les cas.
Nos six compères définissent donc un sous-ensemble intéressant pour le modélisme en HO car ils constituent la totalité des composants à ajouter au fût et au plateau de n’importe quel tampon.
Nous ajoutons encore un composant qui ne sert que pendant la conception : l’enveloppe libre, que l’on voit ici à droite.
Cette enveloppe constitue le volume de matière à soustraire du longeron pour pouvoir y insérer l’encastrement.
Poursuivons cette idée d’extraire pour généraliser les composants.
La tige de tampon semble être un principe applicable partout, à condition de la reculer si le diamètre de la tige réel est petit ou si la forme du tampon le demande.
Le ressort de droite, et son symétrique de gauche, semblent aussi être applicables dans tous les cas.
Nos six compères définissent donc un sous-ensemble intéressant pour le modélisme en HO car ils constituent la totalité des composants à ajouter au fût et au plateau de n’importe quel tampon.
Nous ajoutons encore un composant qui ne sert que pendant la conception : l’enveloppe libre, que l’on voit ici à droite.
Cette enveloppe constitue le volume de matière à soustraire du longeron pour pouvoir y insérer l’encastrement.
Application : intégrer l’encastrement au longeron
La dernière étape de notre étude de tampon de locomotive est de passer à la pratique.
A gauche, on positionne l’enveloppe à extraire du longeron et on la soustrait de celui-ci pour faire place à l’encastrement.
A droite, l’enveloppe provisoire nécessaire pour libérer la place est devenue invisible, elle est remplacée par l’encastrement technique et celui-ci est fusionné avec le longeron.
C’est comme s’il avait toujours été là !
Le résultat avec les composants en place est visible à l’image deux lignes plus haut.
La dernière étape de notre étude de tampon de locomotive est de passer à la pratique.
A gauche, on positionne l’enveloppe à extraire du longeron et on la soustrait de celui-ci pour faire place à l’encastrement.
A droite, l’enveloppe provisoire nécessaire pour libérer la place est devenue invisible, elle est remplacée par l’encastrement technique et celui-ci est fusionné avec le longeron.
C’est comme s’il avait toujours été là !
Le résultat avec les composants en place est visible à l’image deux lignes plus haut.
Du tampon de locomotive au tampon de wagon
Application à un wagon plat à bords bas PP Est
Notre démarche de conception du tampon n’est pas terminée, mais essayons déjà de l’appliquer à un wagon ignoré jusqu’ici en HO à ma connaissance : le wagon plat à bords bas PP Est.
Celui-ci ne présente pas de longerons au même endroit que les locomotives : en général les wagons ont un chassis, et donc des longerons, d’une forme adaptée à la charge qu’ils transportent.
Le chassis n’est pas développé dans le même but, puisqu’en général il se base, pour la locomotive à vapeur, sur deux longerons verticaux contreventés par des entretoises qui en assurent la rigidité suffisante.
Pour revenir au wagon, la première idée qui nous est venue est d’encastrer le ressort dans la plaque du chassis, sous le plancher.
Nous avons donc modifié l’orientation du ressort pour que son extrémité encastrée soit orientée non pas à l’horizontale, mais à la verticale.
Notre démarche de conception du tampon n’est pas terminée, mais essayons déjà de l’appliquer à un wagon ignoré jusqu’ici en HO à ma connaissance : le wagon plat à bords bas PP Est.
Celui-ci ne présente pas de longerons au même endroit que les locomotives : en général les wagons ont un chassis, et donc des longerons, d’une forme adaptée à la charge qu’ils transportent.
Le chassis n’est pas développé dans le même but, puisqu’en général il se base, pour la locomotive à vapeur, sur deux longerons verticaux contreventés par des entretoises qui en assurent la rigidité suffisante.
Pour revenir au wagon, la première idée qui nous est venue est d’encastrer le ressort dans la plaque du chassis, sous le plancher.
Nous avons donc modifié l’orientation du ressort pour que son extrémité encastrée soit orientée non pas à l’horizontale, mais à la verticale.
Adapter la fonction du tampon à un wagon
Seulement voilà : cette plaque n’est pas épaisse !
Même avec une longueur d’encastrement très petite comme celle de notre ressort de torsion, on voit bien ici que le ressort traverserait la plaque et devrait traverser le plancher de bois.
Finalement, pourquoi ne pas appliquer le principe utilisé pour les locomotives et rapporter le même encastrement technique ?
Bien sûr, il n’y a pas de longerons à cet endroit comme dans les locomotives, ce qui nous arrangerait bien pour utiliser les mêmes composants.
On pourrait oser une petite entorse à la réalité et placer au bon endroit juste le morceau de longeron qui nous arrangerait.
Après tout, à cet endroit, cette entorse serait visible si on regardait le wagon par en dessous, c’est-à-dire, en dehors de sa position isostatique habituelle.
Essayons !
Seulement voilà : cette plaque n’est pas épaisse !
Même avec une longueur d’encastrement très petite comme celle de notre ressort de torsion, on voit bien ici que le ressort traverserait la plaque et devrait traverser le plancher de bois.
Finalement, pourquoi ne pas appliquer le principe utilisé pour les locomotives et rapporter le même encastrement technique ?
Bien sûr, il n’y a pas de longerons à cet endroit comme dans les locomotives, ce qui nous arrangerait bien pour utiliser les mêmes composants.
On pourrait oser une petite entorse à la réalité et placer au bon endroit juste le morceau de longeron qui nous arrangerait.
Après tout, à cet endroit, cette entorse serait visible si on regardait le wagon par en dessous, c’est-à-dire, en dehors de sa position isostatique habituelle.
Essayons !
Placer des tampons fonctionnels dans le modèle d’un wagon
Plusieurs paramètres sont différents entre le premier cas montré, une petite locomotive tender, et le wagon auquel nous nous intéressons :
- La hauteur des tampons par rapport au rail est différente, mais elle reste dans la norme.
- De même, l’écartement des tampons est différent.
- L’enveloppe des tampons est très différente, ce qui justifie un nouveau dessin de fût et de plateau.
- Les deux plateaux sont différents : un plat, un bombé. - La distance entre le plateau et la traverse est différente.
- La hauteur libre depuis le rail jusqu’en bas de la plaque du chassis change elle aussi.
Voilà qui fait beaucoup de changements à la fois, non ?
Le plus important, bien sûr, c’est le changement d’enveloppe du fût et du plateau, celui qui vous fait choisir un tampon chez un artisan.
La distance entre le plateau et la traverse est liée au tampon.
La hauteur à l’axe, l’écartement et la hauteur libre sont liés au wagon.
Le boîtier NEM montre bien que les tampons et l’attelage ne sont qu’un seul et même sujet.
Plusieurs paramètres sont différents entre le premier cas montré, une petite locomotive tender, et le wagon auquel nous nous intéressons :
- La hauteur des tampons par rapport au rail est différente, mais elle reste dans la norme.
- De même, l’écartement des tampons est différent.
- L’enveloppe des tampons est très différente, ce qui justifie un nouveau dessin de fût et de plateau.
- Les deux plateaux sont différents : un plat, un bombé. - La distance entre le plateau et la traverse est différente.
- La hauteur libre depuis le rail jusqu’en bas de la plaque du chassis change elle aussi.
Voilà qui fait beaucoup de changements à la fois, non ?
Le plus important, bien sûr, c’est le changement d’enveloppe du fût et du plateau, celui qui vous fait choisir un tampon chez un artisan.
La distance entre le plateau et la traverse est liée au tampon.
La hauteur à l’axe, l’écartement et la hauteur libre sont liés au wagon.
Le boîtier NEM montre bien que les tampons et l’attelage ne sont qu’un seul et même sujet.
La tige du tampon fonctionnel
Anticiper la déformation du ressort
Revenons à la géométrie pour imaginer la déformée de notre ressort de torsion et adapter la tige pour faciliter les mouvements.
Vu de dessus, voici le ressort au repos.
On veut un mouvement maximal de 1.5 mm.
Si notre ressort était un fil droit, il serait encastré à 17 mm.
Sa forme serait un peu compliquée (cosinus hyperbolique) mais en première approximation, on peut l’approcher par l’arc de cercle qu’on voit ici, ce qui nous permet de dessiner une tangente.
La forme du ressort en bout est donc à peu près le rectangle oblique que l’on voit ici dans le rectangle qui représente en coupe la tige de tampon au niveau de l’axe.
Jusqu’ici, la tige du tampon était percée d’un trou cylindrique qui crée un guidage pour l’extrémité du ressort, avec un petit jeu qui autorise ce déplacement libre.
Mais il faut aller plus loin et autoriser le débattement angulaire de l’extrémité pour accompagner la déformation du ressort pendant sa course : le perçage cylindrique est remplacé par une lumière oblongue dont la longueur est déterminée par la déformée maximale, et la longueur de la tige est augmentée d’autant.
Revenons à la géométrie pour imaginer la déformée de notre ressort de torsion et adapter la tige pour faciliter les mouvements.
Vu de dessus, voici le ressort au repos.
On veut un mouvement maximal de 1.5 mm.
Si notre ressort était un fil droit, il serait encastré à 17 mm.
Sa forme serait un peu compliquée (cosinus hyperbolique) mais en première approximation, on peut l’approcher par l’arc de cercle qu’on voit ici, ce qui nous permet de dessiner une tangente.
La forme du ressort en bout est donc à peu près le rectangle oblique que l’on voit ici dans le rectangle qui représente en coupe la tige de tampon au niveau de l’axe.
Jusqu’ici, la tige du tampon était percée d’un trou cylindrique qui crée un guidage pour l’extrémité du ressort, avec un petit jeu qui autorise ce déplacement libre.
Mais il faut aller plus loin et autoriser le débattement angulaire de l’extrémité pour accompagner la déformation du ressort pendant sa course : le perçage cylindrique est remplacé par une lumière oblongue dont la longueur est déterminée par la déformée maximale, et la longueur de la tige est augmentée d’autant.
Intégrer la fonction tampon au wagon
Nous avons ramené la fonction tampon à un encastrement à intégrer dans le chassis du véhicule et quatre pièces à rapporter.
Parmi ces quatre pièces, deux ressorts de torsion symétriques et deux tiges identiques décolletées et fraisées.
On voit ici l’intégration de l’encastrement, qui semble a priori convenir à une grande majorité des wagons que nous connaissons.
L’encombrement de la fonction tampon existe, bien sûr, mais il semble acceptable car peu visible de l’extérieur sauf à retourner le wagon.
Les composants rapportés et intégrés sont les mêmes que pour les locomotives, seule l’enveloppe des tampons, leur forme donc, les distingue et justifie pleinement le vaste catalogue de tampons de tous les artisans et celui de Christophe Dufrenoy d’AMF87 en particulier.
L’encastrement intégré est une piste intéressante pour les nouvelles conceptions mais ne s’applique pas directement à la transformation de modèles existants.
Il faudra définir une autre forme pour faciliter l’assemblage sous un wagon industriel ou un kit que l’on souhaite modifier !
Nous devons maintenant revenir à l’attelage avant de penser à fabriquer un véhicule complet.
Nous avons ramené la fonction tampon à un encastrement à intégrer dans le chassis du véhicule et quatre pièces à rapporter.
Parmi ces quatre pièces, deux ressorts de torsion symétriques et deux tiges identiques décolletées et fraisées.
On voit ici l’intégration de l’encastrement, qui semble a priori convenir à une grande majorité des wagons que nous connaissons.
L’encombrement de la fonction tampon existe, bien sûr, mais il semble acceptable car peu visible de l’extérieur sauf à retourner le wagon.
Les composants rapportés et intégrés sont les mêmes que pour les locomotives, seule l’enveloppe des tampons, leur forme donc, les distingue et justifie pleinement le vaste catalogue de tampons de tous les artisans et celui de Christophe Dufrenoy d’AMF87 en particulier.
L’encastrement intégré est une piste intéressante pour les nouvelles conceptions mais ne s’applique pas directement à la transformation de modèles existants.
Il faudra définir une autre forme pour faciliter l’assemblage sous un wagon industriel ou un kit que l’on souhaite modifier !
Nous devons maintenant revenir à l’attelage avant de penser à fabriquer un véhicule complet.
